Физики создали самые точные часы на сегодняшний ден

Известен тот факт, что возраст Вселенной составляет около 13.8 миллиарда лет плюс-минус несколько сотен миллионов лет. Если измерить такой промежуток времени с помощью самых точных атомных часов, имеющихся в распоряжении людей на сегодняшний день, то погрешность измерений может составить от нескольких десятков секунд до часа времени. Новые часы, стабильность которых составляет 10^18, делает вышеупомянутые измерения времени похожими на детские забавы. Ведь такие часы могут определить возраст Вселенной с точностью менее одной секунды.

Измерение промежутков времени с такой точностью совершенно не требуется в нашей повседневной жизни. Но в некоторых областях, в области фундаментальной физики, в космической навигации, в метрологии и в области высокоточной измерительной техники высокоточные измерения временных интервалов являются основой основ. Современные методы высокоточного измерения времени основаны на измерениях частоты колебания атомов или частоты вращения электронов вокруг ядра атома. Но любое внешнее воздействие электрического или магнитного поля, изменение температуры и просто механическое воздействие приводят к изменению движения атома и возникновению ошибки измерений, небольшой, но постоянной ошибки.

Чтобы оградить "измерительный" атом от внешних воздействий, Эндрю Ладлоу (Andrew Ludlow) и его команда из Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) использовали метод известный как "часы на основе оптической решетки". Заставляя свет луча лазера отражаться от зеркала, исследователи получили стоячую волну света, которая формирует решетку с минимумами и максимумами, которые являются чем-то вроде ловушки для атомов.Атом, попавший в такую оптическую ловушку, получает защитную оболочку вроде яичной скорлупы, которая в совокупности с другими методами надежно предохраняет его от внешних нежелательных воздействий. С помощью луча другого лазера, сфокусированного на атоме, можно поддержать этот атом на определенном энергетическом уровне и с высокой точностью измерить частоту вращения электрона вокруг ядра атома. В результате получается хронометр, который потеряет половину секунды за 31 миллиард лет.

Высочайшая точность новых часов позволит с их помощью измерить значения гравитационного красного смещения, явления, позволяющего измерить расстояние в космических масштабах и высоту относительно объекта, обладающего достаточно сильным гравитационным полем. С существующими атомными часами погрешность измерения высоты таким способом составит несколько километров, новые же часы позволят измерять высоту с точностью до одного сантиметра.

Закончив работу по созданию новых часов, Ладлоу и его команда начали работу в направлении очередной технологии измерения времени. Но и то, чего уже удалось добиться ученым на сегодняшний день, может открыть совершенно новые горизонты для исследований в области физики, физики элементарных частиц и в области астрофизики, в областях, которые являются основным источником знаний человечества об устройстве материи, Вселенной и других фундаментальных вещей.

Источник: Источник